一定质量的某种气体,在保持体积不变的情况下,温度每升高

或降低1℃增加或减小的压强等于它在0℃时压强的 1 。

273

这个规律叫做查理定律

设 0℃时的压强为 p0,t℃时的压强为 p,由查理定律可得

p − p0

t

或者

= p0

273

p = p

(1 + t ). ( 1 )

0 273

查理定律表明,压强是温度(摄氏温度)的一次函数,它的 p-t 图象是一条倾斜的直线,叫做等容线,如图 15-10 的上图所示。等容线在纵轴上的截距等于 0℃时的压强 p0。当 t=-273℃时,p=0,可见等容线的延长线通过横轴上的一点 D,D 点所表示的温度为 t=-273℃。不论什么气体, 也不论 0℃时的压强是多大,等容线的延长线都通过这一点。

热力学温标 现在我们定义一个新的温标,用这种温标表示的温度, 每一度的大小与摄氏温度相同,但把-273℃作为零度。这种温标是英国科学家威廉·汤姆孙(开尔文)(1824~1907)创立的,叫做热力学温标(或绝对温标),用热力学温标表示的温度,叫做热力学温度(或绝对温度)。热力学温度的零度是-273.15℃,叫做绝对零度,通常取绝对零度为-273

℃。

热力学温度是国际单位制中七个基本量之一,用符号 T 表示。它的单位是开尔文,简称,符号是 K。热力学温度 T 与摄氏温度 t 的关系是

T=t+273. (2)

利用热力学温标,可以使查理定律的表述简化。设一定质量的气体,

在体积不变的情况下,温度为 t1 时的压强为 p1,温度为 t2 时的压强为 p2, 那么

p1 = p0

p = p

(1 +

(1 +

t 1

273

t 2

) = p 0

) = p

  • 273 + t 1 ,

273

  • 273 + t 2 .

2 0 273 0

273

式中 p0 表示气体在 0℃时的压强,把以上两式相除,得到

p1 = 273 + t1 , p2 273 + t 2

用 T1 和 T2 分别代换(273+t1)和(273+t2)就得到

p1 = T1 . ( 3 )

p2 T2

这个结论,我们从图 15-10 的下图可以清楚地看出来。这样,查理定律可以表述为:一定质量的某种气体在体积不变的情况下它的压强 跟热力学温度成正比

上面是把查理定律“外推”到零压强而引入热力学温标的。这一“外推”可以这样来理解。随着温度的降低,气体分子热运动减弱,分子对器壁的撞击作用也减弱, 因而压强减小。由此推想,在某一个温度下,气体压强变为零,这个温度就是绝对零度。实际上,在达到绝对零度之前,任何气体都已液化甚至变为固体,查理定律早已不适用了。虽然如此,由“外推”得到的绝对零度仍具有物理意义,它是低温的极限, 能够无限接近,但不可能达到。